下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
1. 插电式混合动力汽车和增程式电动汽车的诞生背景
经过近20年的发展，尽管纯电动汽车在续驶里程和充电时间方面均取得了很大进步，市场上涌现了一批续驶里程大于600km、最大充电功率为250kW的高性能纯电动汽车，但是由于充电基础设施尚未实现普及，续驶里程和充电时间仍然是限制纯电动汽车大规模推广的主要因素 [11] 。
德勤（Deloitte）的调查结果显示，在中国，对电动汽车感兴趣的消费者比重最高（约为93%），但是只有少数人每天实际行驶里程超过80km，在美国、日本等国家也是如此。中国、美国、日本，以及欧洲的日均行驶里程统计情况如图1-17所示。尽管消费者日均行驶里程不长，但是消费者对电动汽车的行驶里程期望值较大。中国、美国、日本，以及欧洲消费者的期望行驶里程如图1-18所示 [11] 。
由此可见，消费者对续驶里程的担忧阻碍了纯电动汽车的大规模推广。在这种情况下，插电式混合动力汽车和增程式电动汽车应运而生，两者的技术思路分别为：①通过增大现有混合动力汽车的电池容量来满足部分纯电动行驶需求；②在现有纯电动汽车的基础上增加由发动机和发电机构成的辅助充电装置，以获得较长的里程。
图1-17 中国、美国、日本，以及欧洲的日均行驶里程统计情况
图1-18 中国、美国、日本，以及欧洲消费者的期望行驶里程
2. 插电式混合动力汽车和增程式电动汽车的定义及结构
插电式混合动力汽车指具有可外接充电功能且具有一定纯电动续驶里程的混合动力汽车。增程式电动汽车是一台配置了较小容量动力电池的纯电动汽车，动力电池容量一般能够满足一定的纯电动续驶里程，当动力电池SOC降至某值时，启动由小容量发动机和发电机构成的增程器，以延长车辆的续驶里程 [11] 。
由定义可知，插电式混合动力汽车和增程式电动汽车的共性为：①均可外接充电，且有发动机；②均有一定的纯电动续驶里程，且在纯电驱动模式下有全面的动力性能。
两者的差异为：①插电式混合动力汽车本质上是混合动力汽车，其发动机和驱动电机具有动力环节的耦合。即在某些工况下，发动机输出的动力部分或全部参与驱动车辆；②增程式电动汽车本质上是纯电动汽车，发动机和驱动电机无动力环节的耦合，发动机仅在动力电池SOC降至某值时驱动发电机为车辆供电。
需要注意的是，上述对插电式混合动力汽车和增程式电动汽车共性和差异的描述仅在技术层面，在某些情况下市场对两者并无严格区分。例如，对于通用汽车公司推出的沃蓝达（Volt）增程式电动汽车，其Voltec电力驱动系统中的发动机部分参与了对车辆的驱动。
此外，需要强调的是，尽管从动力系统结构来看，增程式电动汽车与串联式混合动力汽车非常接近，但是两者存在本质区别：①串联式混合动力汽车不需要外接充电，其所有能量最终来自油箱，设计思路是通过优化发动机的工作点来提高燃油效率，本质上属于节能汽车；②增程式电动汽车本质上是纯电动汽车，设计思路是通过由小容量发动机和发电机构成的增程器延长车辆的续驶里程。
由于插电式混合动力汽车和增程式电动汽车既有技术上的共性，又有明显区别，因此当出现相关名词时，一般会做特殊说明。例如，《插电式混合动力电动乘用车技术条件》（GB/T 32694—2021）的适用范围为插电式（含增程式）混合动力电动乘用车；《新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）》指出插电式混合动力（含增程式）汽车是我国新能源汽车整车布局“三纵”之一。
插电式混合动力汽车和增程式电动汽车的动力系统结构类似，如图1-19所示。主要区别在于机械传动机构，插电式混合动力汽车的机械传动机构较为复杂，通常需要提供发动机、ISG（Integrated Starter and Generator）、主驱动电机及车辆驱动轴之间的复杂动力分配，以适应各种工况。当采用增程式电动汽车动力系统时，机械传动机构通常较为简单，一般主驱动电机直接通过单挡传动装置与驱动轴连接；ISG与发动机直接连接，与主驱动电机之间不存在机械连接，ISG仅作为发动机启动时的起动机及发动机运行时的发电机。
图1-19 插电式混合动力汽车和增程式电动汽车的动力系统结构
此外，由于插电式混合动力汽车和增程式电动汽车的电池容量一般较小，两者通常不配备快充接口。但是，市面上也有一些增程式电动汽车由于电池容量较大而配备了快充接口，如理想ONE配备了40.5kW·h的三元锂离子动力电池和快充接口；塞力斯SF5配备了35.0kW·h的三元锂离子动力电池和快充接口。
与纯电动汽车相比，插电式混合动力汽车和增程式电动汽车增加了发动机、ISG和ISG控制器及较为复杂的机械传动机构。因此，整车控制器必须依据相应的能量管理与运行优化策略，对上述部件进行优化管理，以达到充分挖掘动力系统潜力、提高运行效率的目的。
由于插电式混合动力汽车和增程式电动汽车基本实现了发动机转速和转矩与驱动轮的解耦，且主驱动电机在整个工况内具有较高的运行效率。因此，可以通过优化发动机的工作点来提高整车驱动效率。典型的电机和发动机转速—转矩—效率特性分别如图1-20和图1-21所示。可见电机最高效率达93.0%，且在整个工况内效率较高；发动机最高效率为33.0%，低转矩时效率仅为12.0%。插电式混合动力汽车和增程式电动汽车的整车控制系统可以通过控制发动机工作在其高效率区域来提高整车驱动效率。
图1-20 典型的电机转速—转矩—效率特性
图1-21 典型的发动机转速—转矩—效率特性
插电式混合动力汽车和增程式电动汽车仍然需要加油，且会排放一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物等污染物，并非完全意义上的清洁能源汽车，但现阶段其具有以下优点。
（1）由于配备的动力电池容量较小，整车成本比同型的纯电动汽车低，有助于提高消费者对电动汽车的接受度，有利于其市场推广。
（2）既可以满足消费者日常的短距离清洁高效出行需要，又可以免除长距离行驶时消费者对续驶里程的担忧，同时降低了消费者对充电时间的要求。
（3）当短距离日常出行时，车辆完全由动力电池提供能量，具有零排放的环保优势；当行驶距离超出其纯电动续驶里程时，可以通过优化发动机的工作点来提高燃油经济性。
（4）可以充分利用现有的加油和电力基础设施，避免了纯电动汽车用户猛增对电网造成的负荷冲击。